Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка метода акустической спектроскопии и технологии создания малогабаритного анализатора для определения геометрических и электрокинетических параметров несферических наноразмерных объектов в жидких средах

Номер контракта: 14.575.21.0091

Руководитель: Иванов Виктор Владимирович

Должность: Декан факультета физической и квантовой электроники

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
метод и устройство измерения, акустическая спектроскопия, несферические нанообъекты, стандартные образцы, размер, аспектное отношение, электрокинетический потенциал, жидкие дисперсии, углеродные нанотрубки, графен, нанопластины, нановолокна, слоистые силикаты

Цель проекта:
Задачей проекта является разработка экспресс метода акустической спектроскопии для измерений геометрических и электрокинетических параметров несферических нанообъектов в жидких средах (дисперсиях), который открывает возможность оперативно контролировать степень диспергирования и стабильности в дисперсиях широко востребованных несферических нанообъектов (углеродные нанотрубки, графен, нанопластины слоистых силикатов, нановолокна и другие). Целями проекта являются разработка метода диагностики и технологии создания анализатора для обеспечения возможности проведения экспресс диагностики геометрических и электрокинетических параметров несферических нанообъектов в жидких средах без разбавления при объемных концентрациях до 50 об.% для контроля технологий и продукции наноиндустрии и оценки токсичности наноматериалов; и метрологическое обеспечение разработанного метода, включая разработка методик измерений и стандартных образцов.

Основные планируемые результаты проекта:
В рамках проекты должны быть разработаны и созданы:
1. Экспериментальный образец малогабаритного акустического анализатора несферических нанообъектов в жидких дисперсиях (в частотном диапазоне 1-100 МГц), обеспечивающий экспресс измерения геометрических параметров и электрокинетического потенциала несферических нанообъектов различной формы (наностержней, нанопластин, нанотрубок и нановолокон) в диапазонах:
- аспектного отношения - от 1 до 1000;
- диаметров - не уже диапазона от 5 до 5000 нм;
- электрокинетического (дзета) потенциала - от -200 до +200 мВ;
- без разбавления при объемных концентрациях от 0,3 до 50 об.%.
2. Методики экспресс измерений геометрических параметров (диаметра, длины и аспектного отношения) и электрокинетического потенциала несферических нанообъектов различной формы (наностержней, нанопластин, нанотрубок и нановолокон) непосредственно в жидких дисперсиях, реализованные на методе акустической спектроскопии.
3. Комплекс стандартных образцов аспектного отношения цилиндрических нанообъектов в жидких дисперсиях для трех номинальных значений аспектного отношения, находящихся в диапазоне от 1 до 1000.
4. Стандартные образцы электрокинетического потенциала, воспроизводящие два номинальных значения, лежащих в диапазоне от 10 до 100 мВ. При установлении аттестованных значений каждого стандартного образца должны быть использованы как минимум два независимых метода измерений.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемый метод акустической спектроскопии для измерений геометрических параметров и электрокинетического потенциала и малогабаритный анализатор несферических нанообъектов в жидких дисперсиях позволит проводить измерения нанообъектов с аспектным соотношением сторон от 1 до 1000 в дисперсиях с концентрациями до 50 об.% за относительно короткое время – до 10 минут.
Новизна предлагаемых решений по измерению геометрических параметров несферических нанообъектов заключается в возможности получения двух размерных параметров нанообъектов непосредственно в дисперсии.
Выпускаемые в настоящее время серийные приборы для экспресс измерений размерных параметров нанообъектов в составе дисперсий реализуют методы динамического рассеяния света (ДРС) и акустической спектроскопии (АС) только для диагностики нанообъектов сферической формы. Широко распространенные методы электронной или атомно-силовой микроскопии не пригодны для экспресс измерений размерных параметров несферических нанообъектов из-за необходимости извлечения нанообъектов из дисперсии и их препарирование, что означает изменение состояния нанообъектов и степени их агломерации, и значительным временем для измерений (2-3 часа), что не укладывается в нормы производственных экспресс измерений.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения - контроль технологических процессов и готовой продукции наноиндустрии с использованием нанодисперсий для электроники, энергетики, медицины и различных отраслей машиностроения; исследование наноматериалов и нанопродукции на соответствие требованиями безопасности. Разрабатываемый метод перспективен для использования в исследовательских организациях для создания перспективных технологий, и в производственных компаниях для экспресс контроля качества технологических процессов.
Малогабаритные акустические анализаторы будут обеспечивать контроль важнейших функциональных параметров несферических нанообъектов в жидких дисперсиях: степени диспергирования, стабильности и размеров. Они обеспечат метрологический контроль большого спектра новых быстро развивающихся технологий с применением УНТ, графена, нанопластин слоистых силикатов, нановолокон и наностержней, что даст дополнительный стимул к разработке нанопродукции с улучшенными функциональными характеристиками.

Текущие результаты проекта:
Разработан и изготовлен экспериментальный образец малогабаритного анализатора несферических нанообъектов в жидких дисперсиях. Реализация метода основана на обеспечении контролируемой ориентации нанообъектов относительно измерительных датчиков и применении метода акустической спектроскопии.Необходимая ориентация нанообъектов обеспечивается путем создания ламинарного потока дисперсий и сужением потока в зоне измерений. Экспериментальный образец акустического анализатора представляет собой проточную измерительную ячейку с изменяемым сечением канала и снабжен средствами регистрации и обработки акустических и электроакустических спектров в диапазоне от 10 до 100 МГц. Изготовлены экспериментальные образцы стабильных дисперсий несферических нанообъектов различной формы, представляющие собой стабильные суспензии нанопластин лапонита и дисульфида молибдена, наностержней оксида цинка, одностенных углеродных нанотрубок с различным аспектным соотношением. На анализаторе проведены измерения акустических спектров при различных режимах потока экспериментальных образцов дисперсий. По измерению вязкости дисперсий в потоке установлены индивидуальные режимы работы проточной ячейки для создания преимущественной ориентации исследуемых нанообъектов относительно измерительных датчиков.